神經(jīng)系統(tǒng)由腦、脊髓及與之相連的腦神經(jīng)、脊神經(jīng)組成，大腦通過神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)控制和協(xié)調(diào)人體運動。運動皮層對肌肉發(fā)出運動指令，并執(zhí)行精細(xì)和復(fù)雜的運動任務(wù)；小腦負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和平衡身體運動；基底神經(jīng)節(jié)在整個運動過程中起到篩選和調(diào)整運動指令的作用。三個區(qū)域通過神經(jīng)元的連接形成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其相互配合，實現(xiàn)了人體運動控制。

神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)的基本單位，由細(xì)胞體、樹突、軸突和突觸組成。其中，樹突接收其他神經(jīng)元發(fā)送的信號，并將其傳遞到細(xì)胞體；軸突將信號從細(xì)胞體傳遞到突觸；突觸是神經(jīng)元之間的連接點，其通過化學(xué)物質(zhì)的釋放來傳遞信號。當(dāng)人類想要進(jìn)行身體運動時，大腦運動皮層中的神經(jīng)元會被激活，產(chǎn)生電信號。這些電信號通過神經(jīng)元的軸突傳遞，并在突觸末端釋放出化學(xué)信號（神經(jīng)遞質(zhì)）。神經(jīng)遞質(zhì)穿過突觸間隙，并作用于相鄰神經(jīng)元上的接受器結(jié)構(gòu)。神經(jīng)遞質(zhì)與接受器結(jié)合后，會引起接受器上的一系列細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，從而改變目標(biāo)神經(jīng)元的電位。這個電位變化可以是興奮性的（導(dǎo)致神經(jīng)元激活）或抑制性的（阻止神經(jīng)元激活），這取決于具體的神經(jīng)遞質(zhì)和接受器類型。

電信號和化學(xué)信號是大腦傳遞信息的“兩種語言”。電信號在神經(jīng)元內(nèi)部傳遞速度快，適合進(jìn)行短距離的信息傳遞和處理，而化學(xué)信號傳遞能夠?qū)崿F(xiàn)神經(jīng)元之間的遠(yuǎn)距離傳遞，并且對信號的強度和持續(xù)時間有更精細(xì)的調(diào)控。兩種信號傳遞方式相互作用，共同完成大腦中信息的傳遞與處理。

總的來說，大腦完成信息傳遞從而控制人體是依靠“電信號—化學(xué)信號—電信號”的轉(zhuǎn)化。電信號在單個神經(jīng)元上傳遞，在兩個神經(jīng)元之間的突觸，電信號轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號（神經(jīng)遞質(zhì)），神經(jīng)遞質(zhì)作用于下一個神經(jīng)元，激活下一個神經(jīng)元的電信號，從而完成一個信息從一個神經(jīng)元到另一個神經(jīng)元的的有效傳遞。

目前，讀取并解譯電信號的技術(shù)已較為成熟，而對于神經(jīng)遞質(zhì)等化學(xué)信號的譯讀尚未實現(xiàn)。腦電波已大量應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過在頭皮上放置電極測量電信號，以了解人腦的功能和表現(xiàn)。腦電波的應(yīng)用也正在向游戲、教育等其他領(lǐng)域拓展。

大腦具有很強的可塑性，這也是腦機接口得以實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。大腦能夠修改其連接或自我重新連接的能力，使得人腦能夠通過后天的訓(xùn)練，利用一些外部裝置作為人類的外置大腦和軀殼。大腦在結(jié)構(gòu)和功能上通過自身修改以適應(yīng)環(huán)境變化，分為結(jié)構(gòu)可塑性和功能可塑性。結(jié)構(gòu)可塑性是指大腦通過學(xué)習(xí)實際改變其物理結(jié)構(gòu)的能力，而功能可塑性是指大腦將功能從大腦受損區(qū)域轉(zhuǎn)移到其他未受損區(qū)域的能力。許多實驗都已證明大腦可塑性的存在，并利用這種可塑性進(jìn)行研發(fā)。例如2000年，Sharma等人將幼年觸鼠的視覺神經(jīng)和聽覺神經(jīng)剪斷并交換后接合:眼睛接到聽覺中樞，耳朵接到視覺中樞，發(fā)現(xiàn)觸鼠長大后，依然發(fā)展出了視覺和聽覺。2009年，Vuillerme和Cuisinier為盲人發(fā)明了一套裝置，將攝像機的輸出表示成二維微電極矩陣，放在舌頭表面。盲人經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，可以用舌頭“看到”障礙物，這也是腦機接口得以實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。

腦機接口（brain-computerinterface，BCI）是在大腦與外部環(huán)境之間建立一種全新的不依賴于外周神經(jīng)或肌肉的交流與控制通道，從而實現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的直接交互。其工作流程包括腦電信號的采集、處理、輸出和執(zhí)行，最終再將信號反饋給大腦。從這個意義上說，任何大腦與外部設(shè)備直接相互作用的系統(tǒng)都可以被視為腦機接口系統(tǒng)。

腦機接口技術(shù)在近100年內(nèi)迅速發(fā)展，目前其理論技術(shù)在實驗室環(huán)境下已較為成熟。1924年6月，德國神經(jīng)內(nèi)科專家漢斯·貝格爾在一名17歲顱骨缺陷的病人頭皮上記錄到了電流計鏡面的微小振動，這是人類歷史上第一次記錄到人腦的電活動。1969年，德裔美國神經(jīng)學(xué)家埃伯哈德·費茲將猴子大腦中的一個神經(jīng)元連接到儀表盤，當(dāng)神經(jīng)元被觸發(fā)的時候，儀表盤的指針會轉(zhuǎn)動，完成了人類歷史上第一個真正的腦機接口實驗。1973年，UCLA計算機科學(xué)家雅克·維達(dá)爾創(chuàng)造了腦機接口一詞，將其用于基于視覺事件相關(guān)電位的腦機接口系統(tǒng)中，并給出了沿用至今的標(biāo)準(zhǔn)定義。1998年，埃默里大學(xué)研究人員菲利普·肯尼迪首次將腦機接口裝備植入人體內(nèi)，通過對腦部進(jìn)行手術(shù)，可以用電線將人腦和大型主機相連，實現(xiàn)了人腦對電腦光標(biāo)的遠(yuǎn)程控制，是BCI研究的一大里程碑。2004年，美國Cyberkinetics公司的“猶他電極”在9位患者身上展開了運動皮層腦機接口臨床試驗，其中，四肢癱瘓的馬特·內(nèi)格爾成為了第一位用侵入式腦機接口來控制機械臂的病人。由此，BCI技術(shù)在實驗室內(nèi)逐漸成熟，正式由科研走向臨床。2021年，埃隆馬斯克旗下的Neuralink展示一只名叫帕格的獼猴玩“MindPing”的視頻。起初，帕格被訓(xùn)練使用操縱桿玩游戲，過程中給予奶昔作為反饋獎勵，同步地，設(shè)備記錄了帕格手部運動對應(yīng)腦神經(jīng)元活動。訓(xùn)練一段時間后，成功解碼了獼猴用來控制手部運動的大腦信號。至此，腦機接口行業(yè)的關(guān)注度開始大幅度上升。

腦機接口市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，行業(yè)快速發(fā)展。國際市場研究機構(gòu)IMARCGroupe的數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球腦機接口市場規(guī)模達(dá)15億美元，2022年市場規(guī)模增至17.4億美元，預(yù)計2027年全球腦機接口市場規(guī)模將達(dá)到33億美元。目前，我國腦機接口市場規(guī)模約10億元。雖然我國腦機接口行業(yè)起步較晚，目前與國外存在一定差距，同時遭受世界主要科技大國在腦機接口領(lǐng)域設(shè)立的技術(shù)壁壘，限制技術(shù)對外出口。但在各大科研院校及相關(guān)企業(yè)的努力下，我國腦機接口行業(yè)正在加快追趕步伐，具有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖表：2021-2027年全球腦機接口市場規(guī)模預(yù)測趨勢圖（億美元）

數(shù)據(jù)來源：IMARCGroupe

近期政府發(fā)布一系列行動方案和措施，旨在推動腦機接口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2024年兩會期間，腦機接口被定位為“新質(zhì)生產(chǎn)力”之一；國家層面出臺了一系列利好政策，明確了腦機接口的戰(zhàn)略性地位，支持腦機接口技術(shù)的研究和應(yīng)用。工信部等七部門發(fā)文布局未來產(chǎn)業(yè)，加強腦機接口應(yīng)用場景探索，提升與醫(yī)療健康、消費電子、教育、民生等領(lǐng)域的融合應(yīng)用水平。鼓勵和支持腦機接口在“產(chǎn)學(xué)研用”領(lǐng)域開展廣泛的國內(nèi)和國際合作，加強腦機接口基礎(chǔ)理論、信號采集、先進(jìn)算法等前沿技術(shù)研發(fā)能力指導(dǎo)成立腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推動構(gòu)建跨應(yīng)用領(lǐng)域的腦機接口數(shù)據(jù)庫和算法庫，加強數(shù)據(jù)和樣本共享。這些政策的推動，為腦機接口技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有力的支持和保障，促進(jìn)了該領(lǐng)域的快速成長和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。